降雨对滑坡稳定性影响

降雨对滑坡稳定性影响
降雨是诱发滑坡的主要因素之一。

过去对降雨入渗引起的浅层滑坡研究较多，一般认为一场降雨引起的雨水入渗对滑坡体的影响主要是浅层的，容易引起浅层滑坡。

降雨对深层滑坡(深度为5~20 m)的影响非常复杂，如滑坡体内的复杂孔隙及裂隙等可以提供水分快速运移的通道，产生深层入渗，补给地下水，从而导致滑坡体孔隙压力和岩土体强度等变化，影响坡体的稳定性。

目前关于降雨对深层滑坡渗流场及稳定性影响的较为详细的定量研究比较少，是一个值得深入探讨的理论和工程课题。

由中国科学院力学研究所环境流体力学课题组孙建平、李家春、刘青泉撰写的《降雨入渗对深层滑坡稳定性影响研究》一文，力图建立能够充分反映降雨入渗引起的渗流场变化和岩土体性质变化，进而导致滑坡体稳定性变化的耦合分析模型和方法，合理分析降雨对滑坡体稳定性的影响。

该文发表在《中国科学G 辑：物理学力学天文学》2008年第8期上。

他们采用有限元方法和极限平衡法建立了边坡渗流与稳定性分析耦合模型，合理考虑了降雨入渗引起的边坡重力场和孔隙水压力场的变化，以及土体的软化现象。

运用该模型，对重庆万州农机技校滑坡体丰雨年雨季渗流场及稳定性进行实例分析，探讨了降雨对滑坡体渗流场及稳定性的影响。

结果表明当降雨入渗引起坡体渗流场显著变化，特别是引起大范围的孔隙水压力升高时，最容易导致深层滑坡失稳。

这一研究工作的创新之处在于建立了水体渗流与边坡稳定性分析耦合力学
模型，综合分析了土体中的复杂孔隙以及贯穿裂隙对边坡渗流场及稳定性的影响，其研究结果对深化渗流对深层滑坡影响的机理具有重要意义。

研究受到了中国科学院知识创新方向项目(编号: KJCX2-SW-L1-4)和国家重点基础研究发展计划
(编号: 2002CB412703)资助。

滑坡是一种严重的地质灾害。

据统计，我国已受到和可能受到滑坡灾害威胁的地区占全国陆地面积的1/5~1/4，而西南地区发生的滑坡约占全国滑坡次数的
一半以上。

随着国民经济建设和大型工程的修建，尤其是三峡工程的修建运行，以及全球变暖导致的极端气候环境的频繁出现，滑坡灾害有逐年增加的趋势。

中
国科学院力学研究所环境流体力学课题组近年来针对三峡库区的滑坡灾害，重点考虑水在滑坡体灾害的关键作用，在降雨及库水对滑坡体影响方面进行了深入的研究。

一般认为降雨诱发浅层滑坡，多采用非饱和土力学的理论进行分析。

具有滑带且滑体厚度较大的滑坡因降雨而诱发滑坡在实际中也较多。

这类滑坡的破坏主要受滑带分布及强度所控制，稳定性系数较低，一般接近于临滑状态。

另外滑带常处于饱和或近饱和状态，而采用非饱和土力学的观点不适合解释这类滑坡在降雨期间强烈活动的现象。

目前对于滑坡稳定性分析一般采用极限平衡法，这类方法广泛用于滑坡的治理设计之中。

降雨人渗导致重度的增加，如果滑带土体的排水条件较差，伴随着土体重度的加大，将会在滑带内部形成超孔隙水压力。

超孔隙水压力随时间的演化近似采用太沙基单向排水固结理论进行计算。

而因降雨形成孔压以式(1O)计算得到的附加重度作为形成超孔压的外荷重代人太沙基一维固结公式中，孔压时间建议取降雨持续时间的一半为t。

这样在得到每一个土体的孔压的基础上，就可以采用前述的考虑孔压的边坡稳定性公式计斜坡的稳定系数。

当降雨强度小于人渗强度时，降雨人渗受降雨强度的控制。

降雨强度大于土体的人渗强度时，将在地表形成表面径流或者壤中流。

因此降雨强度影响着入渗的速度和湿锋面以上土体的重度，进而影响滑坡的稳定性变化。

滑坡是一种严重的岩土体失稳现象，降雨原因引起的滑坡称为降雨型滑坡。

滑坡的发生固然离不开不良的地质条件和岩土体结构条件等内因，但另一方面离不开各种外部营力的作用，引起滑坡的外部营力有很多种，在诸多外部营力中，降雨尤其是大量的降雨或暴雨无疑是触发滑坡的最主要的因素之一。

降雨对滑坡的触发作用主要体现在：在降雨过程中，地表水进入岩土体增加了坡体的自重，增大了孔隙水压力，使处于极限平衡状态的坡体产生滑动；降雨由地表进入地下，转变成为地下水，浸泡软化滑动面，降低了坡体的抗剪强度；坡体多次的干湿交替变化导致岩土体开裂，产生大量的节理裂隙。

研究表明，在具备了滑坡的地势和地质条件时，降雨在很大程度上是滑坡发生的最主要激发因素。

国内外许多学者对降雨与滑坡的关系进行了很多有效的探索，他们采用不同的方法或模型来研究某个区域滑坡产生时雨强或降雨持续时间的临界值，在一定程度上说明了降雨与滑坡之间的关系，从不同的角度探讨了降雨对滑坡的作用，为深入开展降雨型滑坡的研究奠定了良好的基础。

本论文在综合前人研究成果的基础上，搜集了部分区域多年的滑坡和降雨历史资料，应用系统分析法、数量化理论、渗流理论和数值分析法等理论方法，对降雨型滑坡特征、降雨型滑坡过程与过程控制、降雨型滑坡稳定性评价以及降雨型滑坡治理效果等方面进行了深入研究。

主要内容如下：(1)首先系统地分析了我国降雨型滑坡的空间分布特点、时间分布特点和降雨型滑坡的类型。

然后以湖北省降雨型滑坡为研究对象，重点地研究了降雨型滑坡的时空分布特征和与之密切相关的降雨因子的时空分布规律，揭示了降雨型滑坡与降雨因子的一些关系。

这对降雨型滑坡的评价和防治有着重要的意义。

(2)分析了地下渗流对滑坡稳定影响的机理、降雨入渗对滑坡稳定影响的机理及其降雨因子(降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨型式)对滑坡稳
定性的影响。

(3)系统地分析了渗流场的基本概念、基本定律、基本方程及定界条件。

建立了降雨型边坡稳定性的渗流有限元分析模型，给出了降雨入渗有限元的实施步骤，结合实例，计算了不同降雨强度和不同降雨持时以及不同的渗透系数下雨后坡体内孔隙水压力变化趋势，探讨了上述参数变化对降雨滑坡渗流的影响。

(4)建立了一个基于拉格朗日有限元法的降雨型滑坡过程的动态模型，该模型采用了Voellmy流变关系。

以一降雨型滑坡为实例进行分析，模拟重现了由降雨所引起的边坡滑坡的动态破坏过程，模拟计算结果与实际结果吻合较好。

(5)介绍了考虑孔隙水压力影响的滑坡稳定性分析方法及降雨作用下的滑坡稳定性
分析方法；结合非饱和抗剪强度公式，对传统极限平衡分析法进行了改进，将孔隙水压力引入基于非饱和土抗剪强度理论的稳定性计算中，得到了改进后简布条分法的稳定性系数计算公式，并结合实例尽进行了详细地分析。

(6)以模糊数学理论为基础，除考虑常规滑坡稳定性模糊评价模型所考虑的影响因子外，还考虑了降雨因子(包括降雨强度、降雨历时、累积降雨量、降雨型式等)，从而建立了降雨型滑坡稳定性的模糊综合评价方法，并结合实例阐述该方法的应用。

(7)针对降雨滑坡的破坏往往是突发性的特点，以突变理论为基础，建立了降雨型滑坡稳定尖点突变模型，根据岩土体含水量与岩土体的性质指标关系，就可根据降雨型滑坡稳定尖点突变模型求得降雨型滑坡发生失稳时的体积含水量，然后再根据降雨入渗对岩土体重度γ、内聚力c和内摩擦角φ的影响，对降雨型滑坡破坏进行评价与预测。

(8)对于降雨型滑坡治理方案的确定，决策者往往广泛征求研究、设计、勘察和施工等多个部门的专家的意见，但由于各位专家的偏好不尽相同，因此各专家对治理方案的评判不完全一致，这就必将给决策者带来决策上的困难。

降雨型滑坡治理决策显然是一个群决策问题。

针对降雨型滑坡治理方案评价是一个群决策问题，提出了降雨型滑坡治理群决策的二维足码定位法。

此法利用简单的二维足码坐标图或评价涵数，就可以定出降雨型滑坡治理的最优决策方案。

以一降雨型滑坡体治理实例分析了该方法的实际应用。

(9)降雨型滑坡治理方案选择过程中所要考虑的指标(属性)错综复杂，有些指标很难精确化，通常不能提供这些指标的准确值，即评价指标的不完备性，同时不同专家对方案有偏好，所以，降雨型滑坡治理方案的选择应是一个对方案有偏好的属性权重信息不能完全确
知的多属性决策问题。

为了处理这种决策问题，提出了一种基于相似度的对方案有偏好的降雨型滑坡治理的三角模糊数型多属性决策方法。

该方法首先建立一个线性规划模型，通过求解该模型获得属性权重，然后，基于三角模糊数两两比较的可能度公式及互补判断矩阵的排序公式，对降雨型滑坡治理方案进行优化决策。

以一降雨型滑坡体治理实例分析了该方法的实际应用。

(10)以溪沟口降雨型滑
坡治理为研究对象，建立了降雨型滑坡治理效果分析的弹塑性有限元模型，对溪沟口滑坡治理前后的各种工况进行了数值模拟计算，得到了溪沟口滑坡治理前后各种工况下的等效塑性应变分布图、剪应力分布图、位移矢量分布图和溪沟口滑坡治理前后的稳定性系数。

计算结果表明：①溪沟口滑坡治理后在天然状态下稳定性系数达到了1.32，达到了溪沟口滑坡防治安全等级的设计要求；溪沟口滑坡
治理后在最不利情况(天然状态+暴雨+地震)下稳定性系数也达到了1.11，达到了溪沟口滑坡防治安全等级的设计校核工况要求。

②溪沟口滑坡治理后的塑性区、剪应力和位移变化得了大大的改善。

所以，溪沟口滑坡治理效果显著，治理方案设计达到了稳定安全要求。

浅层土的物理、力学性状因受气象因素影响随时都发生变化，而且滑坡常常给国民经济和人民生命财产造成巨大的损失，加上浅层滑坡的发生常带有突发性，且常常发生在强降雨期间。

如果在临时边坡或基坑工程设计、施工及防护中充分利用非饱和土的性质特点，不仅可以带来可观的经济效益，也可保证工程建设的安全进行。

因此研究降雨入渗对非饱和土稳定性的影响具有重要的工程意义。